湖北恩施烟区长期连作烟田影响南方根结线虫密度的土壤理化特性分析

施河丽，彭五星，左 梅，陈红华，谭 军，尹忠春，向必坤

湖北省烟草公司恩施州公司，湖北省恩施市施州大道119号445000

烟草根结线虫病在全国各大烟草种植区均有发生，其中湖南、湖北、云南、贵州、四川、山东等地发生危害较为严重，已成为制约烟草生产的主要病害之一。该病害由根结线虫（Meloidogynespp.）侵入烟草植株根部引起，烟草感病后，初期植株整体矮化，生长缓慢，叶片狭窄，叶尖、叶缘褪绿变黄，后期叶片干枯反卷，烟株根系形成大量根结，似“鸡爪状”，调制后的烟叶叶片薄，品质下降［1-2］。根结线虫除了对烟草造成直接危害外，还与许多土传根茎类病害如烟草青枯病、黑胫病、镰刀菌根腐病、根黑腐病等引起复合侵染［3-4］。引起烟草根结线虫病的病原线虫主要有南方根结线虫（Meloidogyne incognita）、花生根结线虫（Meloidogyne arenaria）、爪哇根结线虫（Meloidogyne javanica）和北方根结线虫（Meloidogyne hapla），其中南方根结线虫为湖北恩施烟区的主要病原线虫。前人的研究表明，在一定范围内，土壤中线虫活动与土壤砂含量呈线性正相关［5］，线虫繁殖率最高的是砂壤土，其次是壤土、粉黏土和黏土［6］。线虫的发育和移动在很大程度上与水分有关，一定的土壤含水率有利于线虫卵的孵化和二龄幼虫活动，土壤水分过饱和或过于干燥时对线虫发育不利。土壤的养分条件对线虫生长发育影响也很大，如土壤钾含量高可促进线虫发育，缺钾则抑制线虫生长［7］；施用硝态氮（NO-3）肥有利于根结线虫侵染番茄根系，施用铵态氮肥（NH+4）则增加根结线虫雄虫比例［8］。土壤pH对线虫分布和活动也有不同程度的影响［9-10］，过酸或偏碱都不利于线虫的存活。白春明等［11］研究表明，南方根结线虫二龄幼虫在pH（4.1～11.0）范围内可正常存活。湖北恩施烟区由于长期连作、化学肥料施用量大等因素，导致土壤酸化、养分供应失衡、物理性状变差、微生态环境恶化，引起烟草根结线虫病发生严重。根结线虫病是一种典型的土传性病害，一旦土壤携带线虫则很难彻底清除。可见，控制土壤中的线虫侵染源数量是防治该病害的关键。因此通过田间土壤取样，分析了湖北恩施烟区长期连作烟田影响南方根结线虫密度的土壤理化特性指标，旨在明确线虫密度与土壤理化指标的关系，为通过改善根际土壤生态环境、修复土壤进而防治烟草根结线虫病提供依据。

1 材料与方法

1.1 样本采集

2018年在湖北省恩施土家族苗族自治州宣恩县的烟叶主产区晓关乡和椒园镇采集土样，涉及2个乡镇，共取样品23个。采样烟田为连续植烟15年的田块，烟田根结线虫发病率50%～70%。在烟叶采收结束后，用五点取样法采集深度为15～20 cm根区土壤，带回实验室立即进行南方根结线虫密度分析，同时进行土壤理化特性指标的测定。晓关乡和椒园镇两地相连，气候条件基本一致。属中亚热带季风湿润型山地气候，植烟区海拔800～1 100 m，湿润多雨，年均气温13.7℃，无霜期263 d，年降水量1 635.3 mm，年日照时数1 212.4 h。两地烟草种植模式相同，土壤类型为恩施烟区具有代表性的山地黄棕壤，质地为壤土。因此基本消除了气候条件、栽培制度、土壤类型、土壤质地等因素造成的差异。

1.2 南方根结线虫密度的测定

提取土壤样品DNA，利用设计的南方根结线虫特异性引物和标记进行实时荧光定量PCR分析［12-14］，根据循环阈值（Ct值）计算土壤中南方根结线虫密度。由中国科学院微生物研究所测定南方根结线虫密度。

1.3 土壤理化特性指标测定

土壤样品测定指标：有机质、土壤团聚体平均质量直径（MWD）、含水率、容重、总孔隙度、毛管持水量、毛管孔隙度、通气孔隙度、pH、碱解氮、有效磷、速效钾、交换性钾、交换性钙、交换性镁、交换性钠、有效铁、有效锰、有效铜、有效锌、有效硼、阳离子交换量（CEC）等。测定方法：采用重铬酸钾容量法测定有机质含量（质量分数）［15］；采用湿筛法测定MWD［15］；采用烘干法测定含水率［15］；采用环刀法测定土壤容重［15］；采用环刀浸泡法测定毛管持水量和毛管孔隙度，用经验公式Tp（%）=93.947-32.995Bd（Tp为总孔隙度，Bd为容重）计算总孔隙度，通气孔隙度为总孔隙度与毛管孔隙度之差［16］；采用电位法测定土壤pH［15］；采用扩散法测定碱解氮含量［17］；采用碳酸氢钠法测定有效磷含量［17］；采用醋酸铵浸提-火焰光度计（PFPT47，英国Jencons公司）法测定速效钾、交换性钾和交换性钠含量［17］；采用醋酸铵浸提-原子吸收光谱仪（900T，美国PE公司）法测定交换性钙和交换性镁含量［17］；采用DTPA浸提-原子吸收分光谱仪（900T，美国PE公司）法测定有效态微量元素铁、锰、铜、锌含量［18］；采用水浴浸提-姜黄素比色法测定有效硼含量［15］；采用EDTA-乙酸铵盐交换法测定阳离子交换量（CEC）含量［15］。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016进行数据统计分析；用IBM Statistics SPSS 22.0进行描述性统计分析、逐步回归分析、相关分析和通径分析。

2 结果与分析

2.1 土壤理化特性与南方根结线虫密度的描述性统计分析

对土壤理化特性指标Х1（有机质）、Х2（MWD）、Х3（含水率）、Х4（容重）、Х5（总孔隙度）、Х6（毛管持水量）、Х7（毛管孔隙度）、Х8（通气孔隙度）、Х9（pH）、Х10（碱解氮）、Х11（有效磷）、Х12（速效钾）、Х13（交换性钾）、Х14（交换性钙）、Х15（交换性镁）、Х16（交换性钠）、Х17（有效铁）、Х18（有效锰）、Х19（有效铜）、Х20（有效锌）、Х21（有效硼）、Х22（CEC）以及Y（南方根结线虫密度）进行描述性统计分析，结果见表1。从表1可以看出，土壤理化特性各组分的特征参数存在一定差异。交换性镁、有效锌的变幅较大，变异程度也较大，这与其在各个取样点土壤含量的差异较大有关；土壤pH变幅为4.27～6.27，均值为5.13，说明各取样点土壤呈酸性，而酸性土壤适宜南方根结线虫的生存、繁殖。南方根结线虫密度的变幅和变异系数均较大（最大值与最小之比为42.20，变异系数为67.91%），说明各取样点的南方根结线虫密度差异较大。

表1土壤理化特性与南方根结线虫密度的描述性统计分析Tab.1 Descriptive statistics of soil physical and chemical characteristics and density of Meloidogyne incognita

2.2 土壤理化特性与南方根结线虫密度的逐步回归分析

测验中n=23，为小样本项目，因此选择Shapiro-Wilk测试结果对因变量Y（南方根结线虫密度）进行正态性检验。由表2可知，Y（南方根结线虫密度）统计量为0.941，显著水平P为0.193且大于0.05，因变量Y（南方根结线虫密度）的分布接近正态分布，可以对植烟土壤理化特性与南方根结线虫密度的关系进行逐步回归分析，找出与南方根结线虫密度密切相关的土壤理化特性指标。

由表3可得回归方程：

相关系数R=0.847，决定系数R2=0.717。

由回归方程共筛选出了3个对Y（南方根结线虫密度）有显著效应的自变量，分别为Х13（交换性钾）、Х15（交换性镁）和Х11（有效磷），这3个自变量可以解释71.7%的因变量变异，其中Х13（交换性钾）对Y（南方根结线虫密度）的作用为正效应，Х15（交换性镁）和Х11（有效磷）对Y（南方根结线虫密度）的作用为负效应。说明土壤交换性钾含量越高，南方根结线虫密度越大；土壤交换性镁和有效磷含量越低，南方根结线虫密度越大。

表2南方根结线虫密度的正态性检验①Tab.2 Normality test on density of Meloidogyne incognita

表3南方根结线虫密度与土壤理化特性回归模型参数Tab.3 Regression model coefficients between density of Meloidogyne incognita and soil physical and chemical characteristics

2.3 土壤理化特性与南方根结线虫密度的相关分析

对筛选出的3个土壤理化特性指标与南方根结线虫密度进行相关性分析，结果见表4。Y（南方根结线虫密度）与Х13（交换性钾）呈显著正相关关系（P＜0.05），相关系数r=0.488，说明土壤交换性钾含量越高，南方根结线虫密度越大。Х13（交换性钾）与Х15（交换性镁）呈显著正相关关系（P＜0.05），相关系数r=0.437，这表明在一定程度上，土壤交换性钾含量与土壤交换性镁含量关系紧密。

表4土壤理化特性与南方根结线虫密度的相关分析①Tab.4 Correlation analysis between soil physical and chemical characteristics and density of Meloidogyne incognita

2.4 土壤理化特性与南方根结线虫密度的通径分析

在逐步回归分析和相关分析的基础上进行通径分析，Y（南方根结线虫密度）与Х11（有效磷）、Х13（交换性钾）和Х15（交换性镁）的通径分析结果见表5，由此合成土壤理化特性与南方根结线虫密度的通径分析图，见图1。由表5可见，按照直接通径系数的大小排序依次为：Х13（交换性钾）＞Х15（交换性镁）＞Х11（有效磷），且Х13（交换性钾）对南方根结线虫密度的作用为正效应，Х11（有效磷）和Х15（交换性镁）对南方根结线虫密度的作用为负效应。说明土壤交换性钾含量对南方根结线虫密度的直接作用最大（直接通径系数为0.803），即土壤交换性钾含量每提高1个标准单位，南方根结线虫密度就增加0.803个标准单位；土壤交换性镁含量对南方根结线虫密度的直接作用次之（直接通径系数为-0.655），即土壤交换性镁含量每提高1个标准单位，南方根结线虫密度可降低0.655个标准单位；土壤有效磷含量对南方根结线虫密度的直接作用最小（直接通径系数为-0.328），即土壤有效磷含量每提高1个标准单位，南方根结线虫密度可降低0.328个标准单位。

表5土壤理化特性与南方根结线虫密度的通径分析Tab.5 Path analysis of soil physical and chemical characteristics and density of Meloidogyne incognita

由于土壤理化特性之间的相互影响、相互作用，土壤理化特性指标对南方根结线虫密度还有不同程度的间接影响。3个土壤理化特性指标与南方根结线虫密度的间接通径系数之和排序为：Х15（交换性镁）＞Х13（交换性钾）＞Х11（有效磷），说明土壤交换性镁含量对南方根结线虫密度的间接影响最大（间接通径系数之和为0.319），这与土壤交换性镁含量和交换性钾含量的相关系数较大有关，交换性镁在很大程度上通过交换性钾路径间接影响南方根结线虫密度。3个土壤理化特性指标的直接通径系数均大于各自的间接通径系数之和，说明土壤有效磷、交换性钾和交换性镁含量对南方根结线虫密度的影响主要体现为直接作用。

图1土壤理化特性与南方根结线虫密度的通径分析Fig.1 Path analysis map between soil physical and chemical characteristics and density of Meloidogyne incognita

3个土壤理化特性指标对南方根结线虫密度的综合效应依次为：Х13（交换性钾）＞Х15（交换性镁）＞Х11（有效磷），说明土壤交换性钾含量对南方根结线虫密度的影响最大。

3 讨论

本研究中湖北恩施烟区长期连作烟田南方根结线虫密度与土壤养分状况密切相关，特别是土壤有效磷、交换性钾和交换性镁含量指标。土壤交换性钾含量对南方根结线虫密度的影响为正效应，说明土壤钾含量越高，根结线虫密度越大，这与Balaji A等［19］、焦加国等［20］、王诗雯［21］的研究结果一致。其原因可能与恩施烟区植烟土壤钾利用率下降导致大量残留［22］，直接影响到土壤供肥平衡体系有关，因此在实际生产中合理施钾、稳定钾肥用量对防控烟草根结线虫病具有重要意义。本研究中还发现，土壤交换性钾含量对南方根结线虫密度的直接作用和综合效应均最大，说明在筛选出来的3个土壤特性指标中，土壤交换性钾含量对南方根结线虫密度的影响最大，而土壤钾、植物和根结线虫的互作关系及其相互作用机制有待进一步研究。

本研究中土壤有效磷和交换性镁含量对南方根结线虫密度的影响为负效应，说明南方根结线虫密度因土壤有效磷和交换性镁含量的增加而降低。因此，在烟叶生产中适量增施磷肥能降低南方根结线虫密度，这与郭衍银等［23］的研究结果一致。土壤镁含量的增加不利于南方根结线虫的生长和繁殖，可能与施用适量镁可增加植株茎叶中含碳化合物含量，降低可溶性氮含量，在一定程度上提高抗病性有关［24］，因此适量补充镁肥也有利于对烟草根结线虫病的控制。

本研究中还发现，土壤理化特性指标间存在相互影响和交互作用。土壤交换性镁含量对南方根结线虫密度的间接影响最大，这与土壤交换性镁含量和土壤交换性钾含量显著正相关有关，说明交换性镁在很大程度上通过交换性钾而间接影响南方根结线虫密度。钾和镁作为植物生长发育的必须元素，在植物—土壤系统中钾和镁间既存在协同作用又存在拮抗作用，钾、镁二者间的交互作用对植物生长发育、养分吸收及转运、生理生化以及土壤中K+、Mg2+都有影响［25］。因此，钾、镁二者间的交互作用对南方根结线虫密度的影响机理和生理作用还有待进一步深入研究。

4 结论

基于湖北恩施烟区长期连作烟田中影响南方根结线虫密度的土壤理化特性指标分析结果表明，土壤有效磷、交换性钾和交换性镁含量对南方根结线虫密度有显著影响，综合效应排序依次为交换性钾＞交换性镁＞有效磷，且土壤交换性钾含量对南方根结线虫密度的影响为正效应，土壤有效磷和交换性镁含量对南方根结线虫密度的影响为负效应。因此，对于湖北恩施烟区长期连作烟田中南方根结线虫的防控，建议实施稳钾、增磷、补镁的技术措施。